Zusammenfassung
Wer vor etwa 15 Jahren die ersten Triumphe der dreistufigen Dampfexpansion miterlebt und den gewaltigen Aufschwung der Dampfüberhitzung mit Aufmerksamkeit verfolgt hat, würde wohl kaum geglaubt haben, dafs der Dampfmaschine sobald ein lebenskräftiger Mitbewerber auf ihrem eigenen Gebiete erstehen werde. Und doch kann an dieser Tatsache seit der Bekanntgabe der Versuchsergebnisse, welche an Parsons- und Laval-Turbinen gewonnen worden sind, kaum mehr gezweifelt werden. Die früher dem neuen Motor wohl nicht mit Unrecht vorgeworfene Unwirtschaftlichkeit kann heute als beseitigt angesehen werden, und auch inbezug auf das Verhalten im Betriebe blicken die genannten Turbinen auf jahrelange praktische Erprobung zurück. So beginnt denn ein allseitiges Interesse sich für die Dampfturbine geltend zu machen, und ihre Ausbreitung in der Industrie nimmt von Tag zu Tage zu.
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Literatur
Formel (1b) ist dem Wesen nach altbekannt; die äufserst zweckmäfslge Einführung der von Gibbs »Wärmefunktion für konstanten Druck« genannten Gröfse λ verdanken wir in der technischen Literatur Prof. Mollier, der sie »Erzeugungswärme« bezeichnet. Der Wunsch nach noch gröfserer Kürze führt mich dazu, die Bezeichnung »Dampfwärme« zu empfehlen.
Für die sorgfaltige Berechnung und zeichnerische Durchführung dieser Tafel hin ich Hrn. Ingenieur Roehrich, chem. Assistenten am Eidgen. Polytechnikum, zu besonderem Danke verpflichtet.
Prof. Mollter konstruierte eine Tabelle der Entropie als Funktion der Dampfwärme λ, auf deren bevorstehende Publikation die Turbineningenieure nachdrücklich aufmerksam gemacht werden, da diese Tafel für die Lösung von Turbinenaufgaben ausgezeichnet verwendbar erscheint.
Zeuner, Techn. Thermodynamik 1900 S. 237. Emden, üeber die Ausströmungserscheinungen permanenter Gase, Wiedemanns Annalen Bd. 69 1899 S. 264.
Zeuner, Theorie der Turbinen 1899 S. 267 u. f.
Siehe, den lesenswerten Aufsatz von Lorenz, Wärmeausnutzung der Heifsluftturbine, Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1900 S. 252.
Bei diesen und den folgenden Versuchen wurde ich in sehr dankenswerter Weise unterstützt von den Herren Ing. Keller, Konstrukteur, und Ing. Merenda, ehem. Assistent am Eidgen. Polytechnikum.
Für diese und die weiteren Rechnungen ist ein vierstelliger Rechenschieber benutzt worden, da es bei der Unsicherheit der Dampftabellen wertlos wäre, eine gröfsere Genauigkeit anzuwenden.
Im übrigen ist es klar, dafs das Rechnen mit einem gleichförmigen mittleren Zustande in einem Querschnitte nur eine erste Näherung darstellt. Beobachtet man den austretenden Strahl im Freien, so ist deutlich eine hellere Aufsenschicht und ein milchig getrübter Kern wahrnehmbar, zum Zeichen, dafs am Rande die Wandungsreibung eine teilweise Ueberhltzung bewirkt hat, während in der ungestörten Strahlmitte die adiabatische Expansion mit stärkerem Flüssigkeitsniederschlag vor sich geht. Anderseits ist die Möglichkeit offen zu halten, dafs bei der geringen Zeit, welche für die Expansion des Dampfes verfügbar ist, die der Druckabnahme entsprechende Kondensation nicht vollständig eingetreten ist, d. h. dafs der Dampf nicht die rechnungsmäfsige latente Energie voll abgab. Für den Ausflufs heifsen Wassers ist diese Erscheinung in Form des »Siedeverzuges« durch Prof. Knoblauch in München experimentell nachgewiesen worden. Bei Dampf dürfte die Abweichung indes blos minimal sein, da sonst die Ausflufs menge nicht mit dem theoretischen Werte so nahe übereinstimmen könnte.
Riemann-Weber, Die partiellen Differentialgleichungen der mathematischen Physik, 1901, S. 469 u. f.
Theory of sound, 1896 II S. 32.
a. a. O. S. 489 und 497.
Dieselbe Beobachtung ist auch von A. Fliegner schon gemacht werden (s. Schweiz. Bauzeitung Bd. XXXI Nr. 10 bis 12).
Die Unregelmäfsigkeiten im Anlange der Schaulinien B bis E sind durch leichte Porosität des Gusses an der betreffenden Stelle, d. b. durch Beeinflussung des Reibungskoeffizienten verursacht.
Die Anregung zum Entwürfe der Isentropen verdanke ich Hrn. Prof. Prandtl-Hannover; dieselben eignen sich in der Tat besser zur Kontrolle der wahren Zustandsänderung, wie die in Fig. 7 benutzten Linien konstanten Verlustes an kinetischer Energie, weil sie sowohl für die Verdichtung wie für die Expansion in der Düse Geltung haben.
E. Mach und P. Salcher, Wiedemanns Annalen 1890 Bd. 41 S. 144.
R. Emden, Wiedemanns Annalen 1899 Bd. 69 S. 264.
Das Vorhandensein von Schwingungen beim Austritte des Dampfes aus Düsen haben auch schon Oberingenieur Kienast, Prof. Guteimuth und P. Emden beobachtet. Ueber die Versuche des letzteren wurde von A. Fliegner in der Schweiz. Bauzeitung 1903, Bd. XLI S. 173, berichtet. Die von Emden benutzte Düse hatte eine Weite von 5.5 auf 11 mm bei etwa 30 mm Länge, sie war mithin für Hnen Anfangsüberdruck von bis zu 5 kg/qcm und atmosphärischen Gegendruck viel zu stark erweitert, und dieser Umstand, unterstützt durch den scharfen Ansatz beim Einiritt, läfrt es nach Obigem begreiflich erscheinen, dafs der Strahl sich von der Düsenwand ablöste. Eine Uebertragung der sich hieraus ergebenden ungünstigen Folgerungen auf richtig bemessene Düsen ist, wie unsere Versuche beweisen, unstatthaft. Gegenüber dem Nachdruck, mit welchem von mancher Seite an der Anschauung festgehalten wird, defs bei der Laval-Turbine der Dampf keine höhere als die Schallgeschwindigkeit, d. h. rd. nur etwa 450 m erlangen könne, sei darauf hingewiesen, dafs diese Turbine dann nimmermehr einen Dampfverbrauch von blofs 7 kg pro PSe-st aufweisen könnte. Die »theoretische« Geschwindigkeit ist höher wie 1000 m; bleibt nur soviel Energie übrig als der lebendigen Kraft bei 450 m Geschwindigkeit entspricht, und wird der Rest durch die Schallschwingung in Wärme umgewandelt, so könnte auch eine Idealturbine noch nicht 25 vH der verfügbaren Energie in Arbeit umwandeln, während in Wahrheit mehr als 50 vH geliefert werden. Die Tatsachen widerlegen also diese hartnäckig verfochtene Ansisht aufs bestimmteste.
Grübler, Die Festigkeit der Schmirgelscheiben, Z. 1897 S. 860..
Grashof, Theorie der Elastizität und Festigkeit 1878, S. 32.
Man vergleiche auch die höchst interessanten Ausführungen von Kirsch, Z. 1897 S. 798.
Dehnung wurde nicht gemessen, weil der Stab in der Körnermarke dicht am Kopfe brach.
Hr. Wifsler, leitender Ingenieur bei Sautter, Harlé & Cie in Paris, teilt mir mit, dafs er für den behandelten Fall auch schon Formeln zum Gebrauche seines Bureaus aufgestellt habe.
Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure 1901 S. 1343.
Desgl. 1902 S. 1890.
Rateau, Les Turbo-Machines. Paris 1900.
Delaporte, Revue de Mécanique 1902, Maiheft.
In Fig. 53 sind die darstellenden Punkte nur der Deutlichkeit halber in den Spalt verlegt.
In der Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure 1903 hat Lewicki über Versuche mit hochgradiger bis zu 460° C reichender Ueberhitzung berichtet, durch welche erwiesen wird, dafs die Lavalturbine, wenn man nur die Düsen aus Stahl anfertigt, ohne weiteres mit so hohen Temperaturen betrieben werden kann. Eine Verwertung der Ergebnisse für eine thermodynamische Bilanz ist wegen Unkenntnis des genauen Wertes der spezifischen Wärme derzeit nicht möglich.
Nach einem Berichte in Electrical World and Engineer 11. April und 23. Mai 1903, sowie Mitteilungen der ausführenden Gesellschaft.
Nach einem Vortrag von Fr. Hodgkinson in Proceedings of Eng Soc. of Western Pennsylvania Nov. 1900.
Schweiz. Bauzeitung 1902 I S. 240 u. f.
Schweiz. Bauzeitung 1902 I S. 238.
Z. 1900 S. 829 u. f.
Leitender Ingenieur bei O. A. Parions & Co., Newcastle-on-Tyne.
Der geringe Arbeitsaufwand zur Beschleunigung der Dampfteile auf die Umfangsgeschwindigkeit des ersten Leitrades kann vernachlässigt werden.
Einer Diplomarbeit am Eidgenöss. Polytechnikum entnommen, Mafsstab ∞ 1: 30. Umlaufzahl 1500 pro Min.
In neuester Zeit hat gemäfs der Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure 1903 S. 725 Prof. Schröter an einer 250 pferdigen Verbundmaschine von Van den Kerkhove bei gesättigtem Dampf einen Verbrauch von 5,28 kg pro PSi-st, bei Ueberhitzung auf 304,6° C einen solchen von 4,31 kg, oder bezw. einen Wärmeaufwand von 3490 und 3108 WE pro PSi-st festgestellt. Für diese Maschine gilt mithin obige Aussage nicht, und es mufs abgewartet werden, inwieweit diese bis jetzt noch nie beobachteten niedrigen Verbrauchszahlen sich im Dauerbetriebe bewähren und auch von anderen Dampfmaschinenarten erreicht werden können.
Auch teilen mir Gebrüder Sulzer mit, dafs die Maschine nicht mit einer normalen Ausführung verglichen werden könne. Die Verhältnisse des Werkes haben nach reiflicher Erwägung aller Umstände dazu geführt, die Maschine mit einer Drehstrom- und einer Gleichstromdynamo zu kuppeln, woraus sich eine zweifach gekröpfte Welle mit im ganzen 7 Lagern und schweren Schwungmassen ergab» Hieraus folgte eine ungewöhnlich hohe Leerlauf arbeit, und diese Umstände drückten im Verein mit der Abwesenheit eines Mantels am Hoch-druckzylinder, welcher bei der vorhandenen wider Erwarten geringen Ueberhitzung hätte angebracht sein sollen, die Dampf Ökonomie unter das normale Mais hinab.
Z. 1902 S. 187.
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Stodola, A. (1903). Abteilung I. In: Die Dampfturbinen und die Aussichten der Wärmekraftmaschinen. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-36970-8_1
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